Symulacje Monte Carlo degradacji odporności na pękanie betonu asfaltowego pod wpływem czynników środowiskowych

Autor

  • Cezary Szydłowski Gdańsk University of Technology, Faculty of Civil and Environmental Engineering, Department of Highway and Transportation Engineering, Gdańsk, Poland https://orcid.org/0000-0002-6141-9839
  • Łukasz Smakosz Gdańsk University of Technology, Faculty of Civil and Environmental Engineering, Department of Structural Mechanics, Gdańsk, Poland https://orcid.org/0000-0003-3731-1681
  • Marcin Stienss Gdańsk University of Technology, Faculty of Civil and Environmental Engineering, Department of Highway and Transportation Engineering, Gdańsk, Poland https://orcid.org/0000-0003-1811-1086
  • Jarosław Górski Gdańsk University of Technology, Faculty of Civil and Environmental Engineering, Department of Structural Mechanics, Gdańsk, Poland https://orcid.org/0000-0002-6478-0216

DOI:

https://doi.org/10.24425/ace.2023.144171

Keywords

beton asfaltowy, modelowanie numeryczne, metoda Monte Carlo, degradacja, odporność na pękanie

Abstrakt

Odziaływanie czynników środowiskowych zmienia parametry mieszanek mineralno-asfaltowych mających wpływ na odporność na pękanie. W celu oceny zjawiska wykonano badania laboratoryjne z uwzględnieniem niszczącego oddziaływania wody i mrozu oraz procesów starzenia eksploatacyjnego mieszanek. Weryfikacji poddano również wpływ obu czynników występujących jednocześnie. Wyniki badań laboratoryjnych charakteryzują się rozrzutami. Zmienność cech powinna być uwzględniona w modelu materiałowym. Zaproponowany autorski model materiałowy pozwala uwzględnić tę cechę w symulacjach numerycznych poprzez wykorzystanie losowego rozkładu kruszywa grubego oraz zaprawy asfaltowej. Na podstawie otrzymanych wyników laboratoryjnych stworzono algorytm losowo zmieniający parametry materiałowe zaprawy asfaltowej. W rezultacie umożliwiło to uzyskanie rozwiązań numerycznych uwzględniających jednocześnie rozrzuty wyników spowodowane niejednorodnością materiału oraz degradacją betonu asfaltowego pod wpływem oddziaływania czynników środowiskowych. Z uwagi na różne metody oceny odporności na oddziaływanie wody i mrozu badania przeprowadzono według kilku wybranych wariantów kondycjonowania próbek. Oceny wpływu starzenia mieszanek na odporność na pękanie dokonano na podstawie metody AASHTO R 30-02. Dla oceny jednoczesnego wpływu obu czynników część próbek poddano starzenieu długoterminowemu przed symulacją oddziaływania wody i mrozu. Badania zostały przeprowadzone na próbkach betonu asfaltowego do warstwy ścieralnej AC 11 S 50/70 KR3÷4. Ocenę zmian odporności na pękanie przeprowadzono na podstawie badania próbek SCB z nacięciem 10 mm w temperaturze +10°C, przy prędkości deformacji 1 mm/min.

Bibliografia

[1] G. Nsengiyumva, T. You, and Y.-R. Kim, “Experimental-Statistical Investigation of Testing Variables of a Semicircular Bending (SCB) Fracture Test Repeatability for Bituminous Mixtures”, Journal of Testing and Evauation, vol. 45, no. 5, art. no. 20160103, 2017, DOI: 10.1520/JTE20160103.

[2] N. Bala and M. Napiah, “Fatigue life and rutting performance modelling of nanosilica/polymer composite modified asphalt mixtures using Weibull distribution”, International Journal of Pavement Engineering, vol. 21, no. 4, pp. 497-506, 2020, DOI: 10.1080/10298436.2018.1492132.

[3] P. Singh and A.K. Swamy, “Probabilistic approach to characterise laboratory rutting behaviour of asphalt concrete mixtures”, International Journal of Pavement Engineering, vol. 21, no. 3, pp. 384-396, 2020, DOI: 10.1080/10298436.2018.1480780.

[4] P.J. Haghighat Pour, M.R.M. Aliha, and M. R. Keymanesh, “Evaluating mode I fracture resistance in asphalt mixtures using edge notched disc bend ENDB specimen with different geometrical and environmental conditions”, Engineering Fracture Mechanics, vol. 190, pp. 245-258, 2018, DOI: 10.1016/ j.engfracmech.2017.11.007.

[5] H.R. Radeef, et al., “Linear viscoelastic response of semi-circular asphalt sample based on digital image correlation and XFEM”, Measurement, vol. 192, art. no. 110866, 2022, DOI: 10.1016/j.measurement.2022.110866.

[6] B. Doll, H. Ozer, J. Rivera-Perez, I.L. Al-Qadi, and J. Lambros, “Damage zone development in heterogeneous asphalt concrete”, Engineering Fracture Mechanics, vol. 182, pp. 356-371, 2017, DOI: 10.1016/j.engfracmech.2017.06.002.

[7] Y. Huang, D. Yan, Z. Yang, and G. Liu, “2D and 3D homogenization and fracture analysis of concrete based on in-situ X-ray Computed Tomography images and Monte Carlo simulations”, Engineering Fracture Mechanics, vol. 163, pp. 37-54, 2016, DOI: 10.1016/j.engfracmech.2016.06.018.

[8] J. Wimmer, B. Stier, J.-W. Simon, and S. Reese, “Computational homogenisation from a 3D finite element model of asphalt concrete-linear elastic computations”, Finite Elements in Analysis and Design, vol. 110, pp. 43-57, 2016, DOI: 10.1016/j.finel.2015.10.005.

[9] H. Li, Z. Yang, B. Li, and J. Wu, “A phase-field regularized cohesive zone model for quasi-brittle materials with spatially varying fracture properties”, Engineering Fracture Mechanics, vol. 256, art. no. 107977, 2021, DOI: 10.1016/j.engfracmech.2021.107977.

[10] S. M. Motevalizadeh and H. Rooholamini, “Cohesive zone modeling of EAF slag-included asphalt mixtures in fracture modes I and II”, Theoretical and Applied Fracture Mechanics, vol. 112, art. no. 102918, 2021, DOI: 10.1016/j.tafmec.2021.102918.

[11] J. Kollmann, et al., “Parameter optimisation of a 2D finite element model to investigate the microstructural fracture behaviour of asphalt mixtures”, Theoretical and Applied Fracture Mechanics, vol. 103, art. no. 102319, 2019, DOI: 10.1016/j.tafmec.2019.102319.

[12] M.O. Hamzah, B. Golchin, and J. Voskuilen, “The combined effects of aging and moisture conditioning on the indirect tensile strength, flowand fracture energy of warm mix asphalt”, in Bituminous Mixtures and Pavements VI, A. Nikolaides, Ed. London: Taylor&Francis Group, 2015, pp. 255-264, DOI: 10.1201/b18538-38.

[13] P.K. Das, Y. Tasdemir, and B. Birgisson, “Evaluation of fracture and moisture damage performance of wax modified asphalt mixtures”, Road Materials and Pavement Design, vol. 13, no. 1, pp. 142-155, 2012, DOI: 10.1080/14680629.2011.644120.

[14] C. Szydłowski, Ł. Smakosz, M. Stienss, and J. Górski, “The use of a two-phase Monte Carlo material model to reflect the dispersion of asphalt concrete fracture parameters”, Theoretical and Applied Fracture Mechanics, vol. 119, art. no. 103326, 2022, DOI: 10.1016/j.tafmec.2022.103326.

[15] M. Smith, ABAQUS/Standard User’s Manual, Version 6.9. Providence, RI: Dassault Systèmes Simulia Corp, 2009.

[16] C.A. Bell, A.J. Wieder, and M.J. Fellin, “Laboratory Aging of Asphalt-Aggregate Mixtures: Field Validation”, Strategic Highway Research Program A-390, National Research Council, Washington, DC, 1994.

[17] S. Amani, A. Kavussi, and M. M. Karimi, “Effects of aging level on induced heating-healing properties of asphalt mixes”, Construction and Buildings Materials, vol. 263, art. no. 120105, 2020, DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2020.120105.

[18] M.C. Villeneuve, et al., “Estimating in situ rock mass strength and elastic modulus of granite from the Soultz-sous-Forêts geothermal reservoir (France)”, Geothermal Energy, vol. 6, no. 1, art. no. 11, 2018, DOI: 10.1186/s40517-018-0096-1.

[19] G. Mazurek, “Effect of filler type on non-linear viscoelastic characteristics of asphalt mastic”, Archives of Civil Engineering, vol. 67, no. 2, pp. 247-259, 2021, DOI: 10.24425/ace.2021.137166.

Pobrania

Opublikowane

2023-03-30

Jak cytować

Szydłowski, Cezary, i in. „Symulacje Monte Carlo Degradacji odporności Na pękanie Betonu Asfaltowego Pod wpływem czynników środowiskowych”. Archives of Civil Engineering, t. 69, nr 1, marzec 2023, s. 245-57, doi:10.24425/ace.2023.144171.

Numer

Tom 69 Nr 1 (2023)

Dział

Articles
Crossref
Scopus
Google Scholar
Europe PMC

Podobne artykuły

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 > >> 

Możesz również Rozpocznij zaawansowane wyszukiwanie podobieństw dla tego artykułu.